પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ અમુક સામગ્રીની વીજળી ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતા છે જ્યારે યાંત્રિક તાણ અને તેનાથી વિપરિત. આ શબ્દ ગ્રીક પીઝો પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ દબાણ અને વીજળી થાય છે. તે સૌપ્રથમ 1880 માં શોધાયું હતું, પરંતુ ખ્યાલ લાંબા સમયથી જાણીતો છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનું સૌથી જાણીતું ઉદાહરણ ક્વાર્ટઝ છે, પરંતુ અન્ય ઘણી સામગ્રીઓ પણ આ ઘટના દર્શાવે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો સૌથી સામાન્ય ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડનું ઉત્પાદન છે.
આ લેખમાં, હું પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી શું છે, તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને આ અદ્ભુત ઘટનાના કેટલાક વ્યવહારુ કાર્યક્રમો વિશે ચર્ચા કરીશ.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી શું છે?
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. તે વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત અવસ્થાઓ વચ્ચે એક રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીનો ઉપયોગ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળી, ઘડિયાળ જનરેટર, ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, માઇક્રોબેલેન્સ, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી બનાવવા માટે થઈ શકે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીમાં સ્ફટિકો, ચોક્કસ સિરામિક્સ, હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થો અને પ્રોટીનનો સમાવેશ થાય છે. જ્યારે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી પર બળ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન કરે છે. આ ચાર્જનો ઉપયોગ પછી ઉપકરણોને પાવર કરવા અથવા વોલ્ટેજ બનાવવા માટે થઈ શકે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:
• અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ
• પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ
• ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન
• ઘડિયાળ જનરેટર
• ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો
• સૂક્ષ્મ સંતુલન
• અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ ચલાવો
• અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી
• પિકઅપ્સ ઇલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઇડ ગિટાર માટે
• આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સ
• ગેસને સળગાવવા માટે સ્પાર્કનું ઉત્પાદન
• રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો
• ટોર્ચ અને સિગારેટ લાઇટર.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો ઇતિહાસ શું છે?
1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરી દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ કરવામાં આવી હતી. તે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ચોક્કસ નક્કર પદાર્થો, જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. 'પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી' શબ્દ ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ 'સ્ક્વિઝ' અથવા 'પ્રેસ' થાય છે, અને 'ઈલેક્ટ્રોન', જેનો અર્થ થાય છે 'એમ્બર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પિઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેના રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે.
ક્યુરીઝના પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીના સંયુક્ત જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓની સમજએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તણૂકની આગાહી કરવાની ક્ષમતાને જન્મ આપ્યો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. દાયકાઓથી, પિયરે અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન બની ન જાય ત્યાં સુધી પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની ઉત્સુકતા બની રહી.
ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, માઇક્રોબેલેન્સ, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ, ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીનું અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ અને ફોર્મ સહિત અનેક ઉપયોગી એપ્લિકેશનો માટે પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે ચકાસણી માઇક્રોસ્કોપના સ્કેનિંગનો આધાર.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી રોજબરોજના ઉપયોગો પણ શોધે છે, જેમ કે રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને પાયરોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટમાં ગેસને સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા, જ્યાં તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં સામગ્રી ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે.
પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સોનારના વિકાસમાં બેલ ટેલિફોન લેબોરેટરીઝ દ્વારા વિકસિત પીઝોઇલેક્ટ્રિક ક્રિસ્ટલનો ઉપયોગ જોવા મળ્યો હતો. આનાથી સાથી હવાઈ દળોને ઉડ્ડયન રેડિયોનો ઉપયોગ કરીને સંકલિત સામૂહિક હુમલામાં જોડાવવાની મંજૂરી મળી. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણો અને સામગ્રીના વિકાસે કંપનીઓને હિતોના ક્ષેત્રમાં યુદ્ધ સમયની શરૂઆતના વિકાસમાં રાખ્યા હતા, નવી સામગ્રી માટે નફાકારક પેટન્ટ મેળવ્યા હતા.
જાપાને યુનાઈટેડ સ્ટેટ્સના પીઝોઈલેક્ટ્રિક ઉદ્યોગની નવી એપ્લિકેશનો અને વૃદ્ધિ જોઈ અને ઝડપથી પોતાનો વિકાસ કર્યો. તેઓએ ઝડપથી માહિતી શેર કરી અને બેરિયમ ટાઇટેનેટ અને બાદમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ મટીરીયલ્સ ચોક્કસ એપ્લિકેશનો માટે વિશિષ્ટ ગુણધર્મો સાથે વિકસાવ્યા.
1880 માં તેની શોધ થઈ ત્યારથી પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીએ ઘણો લાંબો રસ્તો કાઢ્યો છે અને હવે તેનો ઉપયોગ રોજિંદા ઉપયોગની વિવિધતામાં થાય છે. તેનો ઉપયોગ સામગ્રી સંશોધનમાં પ્રગતિ કરવા માટે પણ કરવામાં આવ્યો છે, જેમ કે અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર, જે કાસ્ટ મેટલ અને સ્ટોન ઓબ્જેક્ટ્સની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને વિરામને માપવા માટે સામગ્રી દ્વારા અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે, જે માળખાકીય સલામતીમાં સુધારો કરે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી કેવી રીતે કામ કરે છે
આ વિભાગમાં, હું પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે વિશે અન્વેષણ કરીશ. હું ઘન પદાર્થોમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સંચય, રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને આ ઘટનાને ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયાને જોઈશ. હું પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીના ઈતિહાસ અને તેના ઉપયોગની પણ ચર્ચા કરીશ.
ઘન પદાર્થોમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સંચય
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે ચોક્કસ ઘન પદાર્થો, જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણનો પ્રતિભાવ છે, અને તેનું નામ ગ્રીક શબ્દો "પીઝેઈન" (સ્ક્વિઝ અથવા દબાવો) અને "ઍલેક્ટ્રોન" (એમ્બર) પરથી આવ્યું છે.
વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત અવસ્થાઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર થાય છે. તે ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જ્યાં લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રથી યાંત્રિક તાણની આંતરિક ઉત્પત્તિ થાય છે. માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી ઉત્પન્ન કરતી સામગ્રીના ઉદાહરણોમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ ક્રિસ્ટલ્સનો સમાવેશ થાય છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીએ 1880માં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધ કરી હતી. ત્યારથી તેનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવે છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને માઇક્રોબેલેન્સ જેવા ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. અને ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીઓના અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ માટે અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ ચલાવો. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર પણ બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર માટેના પિકઅપમાં અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી ગેસને સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા, રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને પાયરોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટમાં રોજિંદા ઉપયોગો શોધે છે, જ્યાં તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં સામગ્રી ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે. 18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા આનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડમાં હંટેરિયન મ્યુઝિયમમાં ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય સીધી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે. પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીના તેમના જ્ઞાનને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓની સમજ સાથે જોડ્યું, જેણે પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહીને જન્મ આપ્યો. તેઓ સ્ફટિકના વર્તનની આગાહી કરવામાં સક્ષમ હતા અને ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોમાં અસર દર્શાવી હતી. સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ક જ્યારે વિકૃત થાય છે ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે, અને ક્યુરીઝના પ્રદર્શનમાં આકારમાં ફેરફાર ખૂબ જ અતિશયોક્તિપૂર્ણ છે.
તેઓ કન્વર્ઝ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવામાં સક્ષમ હતા, અને કન્વર્સ ઇફેક્ટ 1881માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા ગાણિતિક રીતે અનુમાનિત કરવામાં આવી હતી. ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્ઝ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-ની સંપૂર્ણ રિવર્સિબિલિટીનો માત્રાત્મક પુરાવો મેળવવા માટે આગળ વધ્યા. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં યાંત્રિક વિકૃતિઓ.
દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી એ પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી, પરંતુ પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન હતું. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ અને વ્યાખ્યા કરવાનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઈગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું, જેમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું અને પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યું હતું. આ પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારુ ઉપયોગ હતો, અને સોનારનો વિકાસ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન થયો હતો. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું.
ડિટેક્ટરમાં એનો સમાવેશ થતો હતો ટ્રાન્સડ્યુસ્યુર પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલું કાળજીપૂર્વક સ્ટીલ પ્લેટો પર ગુંદરવાળું, અને પાછલા પડઘાને શોધવા માટે હાઇડ્રોફોન. એક ઉચ્ચ ઉત્સર્જન દ્વારા આવર્તન ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી પલ્સ અને ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તે માપીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. તેઓએ સોનારને સફળ બનાવવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કર્યો અને આ પ્રોજેક્ટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો. દાયકાઓથી, નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને સામગ્રી માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યા. સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસ પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવે છે અને સસ્તા અને સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ માટે બનાવવામાં આવે છે જે જાળવવા માટે સસ્તું અને બિલ્ડ કરવામાં સરળ હતું.
અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના વિકાસથી પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાના સરળ માપનની મંજૂરી મળી, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થઈ.
લીનિયર ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ અમુક સામગ્રીની ક્ષમતા છે જે યાંત્રિક તાણને આધિન હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન કરે છે. આ શબ્દ ગ્રીક શબ્દો πιέζειν (piezein) પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું" અને ἤλεκτρον (ēlektron) જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત હતો.
1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરી દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ કરવામાં આવી હતી. તે વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય સામગ્રીની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જેમાં લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રથી યાંત્રિક તાણની આંતરિક ઉત્પત્તિ થાય છે. સામગ્રીના ઉદાહરણો કે જે માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટી ઉત્પન્ન કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચનામાંથી વિકૃત થાય છે તેમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, જે ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખાય છે અને તેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવ્યો છે, જેમ કે:
• અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ
• પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ
• ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન
• ઘડિયાળ જનરેટર
• ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો
• સૂક્ષ્મ સંતુલન
• અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ ચલાવો
• અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી
• અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર બનાવે છે
• ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટારમાં પિકઅપ્સ
• આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં ટ્રિગર્સ
• રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણોમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્કસ પેદા કરવી
• ટોર્ચ અને સિગારેટ લાઇટર
પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટી પાયરોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટમાં રોજિંદા ઉપયોગો પણ શોધે છે, જે એક એવી સામગ્રી છે જે તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે. 18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા આનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. જો કે, પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડના હંટેરિયન મ્યુઝિયમમાં ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલ જોવું એ ડાયરેક્ટ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનું પ્રદર્શન છે. તે ભાઈઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીનું કાર્ય હતું કે જેણે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની શોધ અને વ્યાખ્યા કરી હતી, જે વોલ્ડેમાર વોઈગની લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું હતું. આમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે અને ટેન્સર વિશ્લેષણ દ્વારા પીઝોઈલેક્ટ્રીક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે, જે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોના વ્યવહારિક ઉપયોગ તરફ દોરી જાય છે.
સોનારનો વિકાસ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન થયો હતો, જ્યારે ફ્રાન્સના પોલ લેંગેવિન અને તેમના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું. આ ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટો પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થાય છે, અને ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કર્યા પછી પાછો ફરતો પડઘો શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થાય છે. ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તેનું માપન કરીને, તેઓ પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ કરીને ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. આ પ્રોજેક્ટની સફળતાએ દાયકાઓમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ પેદા કર્યો, જેમાં નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને ઘણાં ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યાં, જેમ કે સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતૂસ, જે પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવે છે અને સસ્તા અને વધુ સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ માટે બનાવવામાં આવે છે, અને બિલ્ડ અને જાળવવા માટે સસ્તું અને સરળ છે.
અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના વિકાસથી પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાના સરળ માપનની મંજૂરી મળી, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થઈ. અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર સામગ્રીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે અને કાસ્ટ મેટલ અને સ્ટોન ઓબ્જેક્ટની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને અસંતુલનને માપે છે, માળખાકીય સલામતીમાં સુધારો કરે છે. બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, રશિયા અને જાપાનમાં સ્વતંત્ર સંશોધન જૂથોએ ફેરોઇલેક્ટ્રિક્સ નામના સિન્થેટિક સામગ્રીના નવા વર્ગની શોધ કરી, જે કુદરતી સામગ્રી કરતાં અનેક ગણી વધારે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકો દર્શાવે છે. આનાથી બેરિયમ ટાઇટેનેટ, અને બાદમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ, ચોક્કસ એપ્લિકેશનો માટે વિશિષ્ટ ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રી વિકસાવવા માટે સઘન સંશોધન થયું.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી બેલ ટેલિફોન લેબોરેટરીઝ દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રિક ક્રિસ્ટલના ઉપયોગનું નોંધપાત્ર ઉદાહરણ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. રેડિયો ટેલિફોની એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં કામ કરતા ફ્રેડરિક આર.
ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ એક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે ચોક્કસ નક્કર પદાર્થો, જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણ માટે આ સામગ્રીનો પ્રતિભાવ છે. 'પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી' શબ્દ ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ' અથવા 'પ્રેસ' અને 'એલેક્ટ્રોન' એટલે કે 'એમ્બર', જે ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પિઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેના રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી ઉત્પન્ન કરતી સામગ્રીના ઉદાહરણોમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ ક્રિસ્ટલ્સનો સમાવેશ થાય છે. જ્યારે આ સ્ફટિકોનું સ્થિર માળખું વિકૃત થાય છે, ત્યારે તેઓ તેમના મૂળ પરિમાણ પર પાછા ફરે છે, અને તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ઉત્પન્ન કરીને તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલે છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીએ 1880માં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધ કરી હતી. ત્યારથી તે ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર, ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, સૂક્ષ્મ સંતુલન, સહિત વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી ચલાવો. તે પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપને સ્કેન કરવા માટેનો આધાર પણ બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સ માટે પિકઅપ્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી રોજિંદા ઉપયોગો પણ શોધે છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા. પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર, જેમાં સામગ્રી તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ, ફ્રાન્ઝ એપિનસ અને રેને હ્યુએ 18મી સદીના મધ્યમાં કર્યો હતો, જેમાં એમ્બરના જ્ઞાન પર ચિત્ર દોરવામાં આવ્યું હતું. એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલ યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે, પરંતુ પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
ગ્લાસગોમાં હંટેરિયન મ્યુઝિયમના મુલાકાતીઓ પીઝો ક્રિસ્ટલ ક્યુરી કમ્પેન્સટર જોઈ શકે છે, જે ભાઈઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરી દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું પ્રદર્શન છે. અન્ડરલાઇંગ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની સમજ સાથે પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટી વિશેના તેમના જ્ઞાનને જોડવાથી પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તણૂકની આગાહી કરવાની ક્ષમતામાં વધારો થયો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર સાથે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ અને પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો. કન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવા માટે ક્યુરીઝ દ્વારા આકારમાં આ ફેરફાર ખૂબ જ અતિશયોક્તિભર્યો હતો. 1881 માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોમાંથી વિપરીત અસર ગાણિતિક રીતે કાઢવામાં આવી હતી.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી એ પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી, પરંતુ પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન હતું. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટેનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું. આમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે અને ટેન્સર વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને પીઝોઈલેક્ટ્રીક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે.
સોનાર જેવા પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારુ ઉપયોગ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. ફ્રાન્સમાં, પૌલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું. આ ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટ્સ પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થતો હતો, અને પરત આવેલા પડઘોને શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થતો હતો. ટ્રાંસડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કરીને અને ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તે માપીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. તેઓએ આ સોનારને સફળ બનાવવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કર્યો. આ પ્રોજેક્ટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો અને દાયકાઓથી નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણો
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું કારણ શું છે?
આ વિભાગમાં, હું પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીના મૂળ અને આ ઘટનાને પ્રદર્શિત કરતી વિવિધ સામગ્રીની શોધ કરીશ. હું ગ્રીક શબ્દ 'piezein', ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત અને pyroelectricity અસર જોઈશ. હું પિયર અને જેક્સ ક્યુરીની શોધો અને 20મી સદીમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોના વિકાસની પણ ચર્ચા કરીશ.
ગ્રીક શબ્દ પીઝેઈન
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ ચોક્કસ ઘન પદાર્થોમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું સંચય છે, જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને જૈવિક પદાર્થો જેમ કે હાડકા અને ડીએનએ. તે લાગુ યાંત્રિક તાણ માટે આ સામગ્રીઓના પ્રતિભાવને કારણે થાય છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી શબ્દ ગ્રીક શબ્દ "પીઝેઈન" પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું", અને "ઍલેક્ટ્રોન", જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત.
પિઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેના રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, જે ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખાય છે અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોનું ઉત્પાદન છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીએ 1880માં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધ કરી હતી. પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસરનો ઉપયોગ ધ્વનિના ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો જેવા કે માઇક્રોબેલેન્સ સહિત અનેક ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવે છે. , અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી ચલાવો. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર પણ બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સ માટે પિકઅપ્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી રોજિંદા ઉપયોગો શોધે છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા. પાયરોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ, જે તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં વિદ્યુત સંભવિતતાનું ઉત્પાદન છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાઉ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ. પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડના મ્યુઝિયમમાં, મુલાકાતીઓ પીઝો ક્રિસ્ટલ ક્યુરી કમ્પેન્સટર જોઈ શકે છે, જે ભાઈઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરી દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું પ્રદર્શન છે. અન્ડરલાઇંગ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની સમજ સાથે પાયરોઇલેક્ટ્રીસીટીના તેમના જ્ઞાનને જોડવાથી પાયરોઇલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તણૂકની આગાહી કરવાની ક્ષમતાને જન્મ આપ્યો. આ ટુરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. રોશેલ સોલ્ટમાંથી સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે, અને પીઝોઇલેક્ટ્રીક ડિસ્ક વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે. ક્યુરીઝના પ્રદર્શનમાં આકારમાં આ ફેરફાર ખૂબ જ અતિશયોક્તિપૂર્ણ છે.
ક્યુરીઝે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં મહત્વપૂર્ણ સાધન ન બને ત્યાં સુધી દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટેનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું. આમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે અને ટેન્સર વિશ્લેષણ દ્વારા પીઝોઈલેક્ટ્રીક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો આ વ્યવહારુ ઉપયોગ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સોનારના વિકાસ તરફ દોરી ગયો. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું. ડિટેક્ટરમાં પાતળી ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થાય છે, જે સ્ટીલની પ્લેટો પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા હોય છે, જેને હાઇડ્રોફોન કહેવાય છે, જે ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કર્યા પછી પરત આવતા ઇકોને શોધી શકે છે. ટ્રાન્સડ્યુસરે ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવા માટે ઑબ્જેક્ટ પરથી ઊછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લીધો તે માપ્યું. સોનારમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ સફળ રહ્યો હતો અને આ પ્રોજેક્ટે દાયકાઓ સુધી પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો હતો.
નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને ઘણા ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યા, જેમ કે સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસ, જેણે પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવ્યું અને સસ્તા, વધુ સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ માટે બનાવ્યા જે જાળવવા માટે સસ્તા અને સરળ હતા. બનાવવું. વિકાસ
ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે ચોક્કસ ઘન પદાર્થો, જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણ માટે સામગ્રીના પ્રતિભાવને કારણે થાય છે. 'પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી' શબ્દ ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું', અને શબ્દ 'ઈલેક્ટ્રોન', જેનો અર્થ થાય છે 'એમ્બર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પિઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેના રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને વિપરીત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરમાં બદલીને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની શોધ 1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરી દ્વારા કરવામાં આવી હતી. તેનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી એપ્લિકેશનો માટે કરવામાં આવે છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીના અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ માટે માઇક્રોબેલેન્સ અને ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ જેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. તે પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ સ્કેન કરવા માટેનો આધાર પણ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સ માટે પિકઅપ્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા માટે રોજિંદા ઉપયોગો શોધે છે. પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર, જે તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિતનું ઉત્પાદન છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું જેમણે મિકેનિકલ તણાવ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ. જો કે, તેમના પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડના હંટેરિયન મ્યુઝિયમમાં પીઝો ક્રિસ્ટલ અને ક્યુરી વળતર આપનારનું દૃશ્ય સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે. તે ભાઈઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીનું કાર્ય હતું કે જેણે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની શોધ અને વ્યાખ્યા કરી હતી, જે વોલ્ડેમાર વોઈગની લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું હતું. આમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે અને ટેન્સર વિશ્લેષણ દ્વારા પીઝોઈલેક્ટ્રીક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે, જે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોના વ્યવહારિક ઉપયોગ માટે પરવાનગી આપે છે.
સોનારને વિશ્વયુદ્ધ I દરમિયાન ફ્રાન્સના પોલ લેંગેવિન અને તેમના સહકાર્યકરો દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જેમણે અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું. ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટ્સ પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાંસડ્યુસરનો સમાવેશ થતો હતો, અને પરત આવેલા પડઘોને શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થતો હતો. ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કરીને અને ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તે માપીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. તેઓએ આ સોનારને સફળ બનાવવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કર્યો. આ પ્રોજેક્ટે દાયકાઓ સુધી પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ પેદા કર્યો.
પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટી
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. તે વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચે એક રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. "પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી" શબ્દ ગ્રીક શબ્દ "પીઝેઇન" પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું", અને ગ્રીક શબ્દ "ઍલેક્ટ્રોન", જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરી દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની શોધ કરવામાં આવી હતી. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ રિવર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી ઉત્પન્ન કરતી સામગ્રીના ઉદાહરણોમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ ક્રિસ્ટલ્સનો સમાવેશ થાય છે. જ્યારે સ્થિર માળખું વિકૃત થાય છે, ત્યારે તે તેના મૂળ પરિમાણ પર પાછું આવે છે. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વિપરીત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર ઉત્પન્ન થાય છે, જેના પરિણામે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોનું ઉત્પાદન થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને માઇક્રોબેલેન્સ, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી જેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો સહિત ઘણી ઉપયોગી એપ્લિકેશનો માટે કરવામાં આવે છે. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ માટેનો આધાર પણ છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર માટેના પિકઅપમાં અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી રોજિંદા ઉપયોગો શોધે છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા. પાયરોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ, જે તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિતનું ઉત્પાદન છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે સંબંધ સ્થાપિત કર્યો હતો. યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચે. જો કે, પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડમાં ક્યુરી કમ્પેન્સટર મ્યુઝિયમમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય એ ડાયરેક્ટ પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે. પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસિટી વિશેના તેમના જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક માળખાંની તેમની સમજને જોડીને પાયરોઈલેક્ટ્રીસિટીની સમજને જન્મ આપ્યો અને સ્ફટિકના વર્તનની આગાહી કરી. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરવા માટે મળી આવ્યા હતા, અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. કન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવા માટે ક્યુરીઝ દ્વારા આને ખૂબ જ અતિશયોક્તિ કરવામાં આવી હતી. 1881 માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો દ્વારા કન્વર્સ ઇફેક્ટ ગાણિતિક રીતે નક્કી કરવામાં આવી હતી.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. ત્યારપછીના દાયકાઓમાં, પિયરે અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં એક મહત્વપૂર્ણ સાધન બની ન જાય ત્યાં સુધી પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટેનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું.
સોનારનો વિકાસ સફળ રહ્યો, અને પ્રોજેક્ટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ પેદા કર્યો. ત્યારપછીના દાયકાઓમાં, નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટેની નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને ઘણાં ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યાં, જેમ કે સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસ, જેણે પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવ્યું અને સસ્તા, વધુ સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ માટે બનાવ્યું જે જાળવવા માટે સસ્તું અને બનાવવામાં સરળ હતું. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના વિકાસથી પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાના સરળ માપનની મંજૂરી મળી, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થઈ. અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર સામગ્રીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે અને કાસ્ટ મેટલ અને સ્ટોન ઓબ્જેક્ટની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને અસંતુલનને માપે છે, માળખાકીય સલામતીમાં સુધારો કરે છે.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, રશિયા અને જાપાનમાં સ્વતંત્ર સંશોધન જૂથોએ ફેરોઇલેક્ટ્રિક્સ નામના સિન્થેટિક સામગ્રીના નવા વર્ગની શોધ કરી, જેમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકો પ્રદર્શિત કરવામાં આવ્યા હતા.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી
આ વિભાગમાં, હું પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રીની ચર્ચા કરીશ, જે લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. હું સ્ફટિકો, સિરામિક્સ, જૈવિક દ્રવ્ય, હાડકા, ડીએનએ અને પ્રોટીન અને તે બધા પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરને કેવી રીતે પ્રતિભાવ આપે છે તે જોઈશ.
ક્રિસ્ટલ્સ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી શબ્દ ગ્રીક શબ્દો πιέζειν (piezein) પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ' અથવા 'પ્રેસ' અને ἤλεκτρον (ēlektron) જેનો અર્થ થાય છે 'એમ્બર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીમાં સ્ફટિકો, સિરામિક્સ, જૈવિક પદાર્થ, અસ્થિ, ડીએનએ અને પ્રોટીનનો સમાવેશ થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય સામગ્રીમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરતી સામગ્રીના ઉદાહરણોમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે, જે તેમના મૂળ પરિમાણમાં વિકૃત થઈ શકે છે અથવા તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે તેમનું સ્થિર પરિમાણ બદલી શકે છે. તેને ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અને તેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો બનાવવા માટે થાય છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીએ 1880માં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધ કરી હતી. પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસરનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. માઇક્રોબેલેન્સ તરીકે, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી. તે પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ સ્કેન કરવા માટેનો આધાર પણ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક પિકઅપ્સનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઇડ ગિટારમાં અને આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં ટ્રિગર્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણોમાં તેમજ ટોર્ચ અને સિગારેટ લાઇટરમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા માટે રોજિંદા ઉપયોગો શોધે છે. પાયરોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ, જે તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં વિદ્યુત સંભવિતતાનું સર્જન છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે મિકેનિકલ તણાવ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ. આ સિદ્ધાંતને સાબિત કરવાના પ્રયોગો અનિર્ણિત હતા.
સ્કોટલેન્ડના હંટેરિયન મ્યુઝિયમમાં ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય એ સીધી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનું પ્રદર્શન છે. પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીના તેમના જ્ઞાનને અન્ડરલાઈંગ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની સમજ સાથે જોડીને પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહીને જન્મ આપ્યો. તેઓ સ્ફટિકના વર્તનની આગાહી કરવામાં સક્ષમ હતા અને ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોમાં અસર દર્શાવી હતી. સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ક વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે; ક્યુરીઝના પ્રદર્શનમાં આકારમાં ફેરફારને ખૂબ જ અતિશયોક્તિપૂર્ણ છે.
તેઓ કન્વર્ઝ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવામાં પણ સક્ષમ હતા અને તેની પાછળના મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોને ગાણિતિક રીતે અનુમાનિત કરી શક્યા હતા. ગેબ્રિયલ લિપમેને 1881માં આ કર્યું. ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઈફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી અને પીઝોઈલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઈલેક્ટ્રો-ઈલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ રિવર્સિબિલિટીનો માત્રાત્મક પુરાવો મેળવ્યો.
દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી એ પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી, પરંતુ પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન હતું. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સ્ફટિક રચનાઓનું અન્વેષણ અને વ્યાખ્યા કરવાનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઈગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ભૌતિકશાસ્ત્રની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું, જેમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું અને પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કરીને કઠોરતાથી ઈલેક્ટ્રીસીટીની વ્યાખ્યા કરવામાં આવી હતી.
સોનારમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારુ ઉપયોગ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું. આ ડિટેક્ટરમાં પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થાય છે, જે સ્ટીલની પ્લેટો પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા હોય છે, જેને હાઇડ્રોફોન કહેવાય છે, ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કર્યા પછી પરત આવતા ઇકોને શોધવા માટે. ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તેનું માપન કરીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. સોનારમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો આ ઉપયોગ સફળ રહ્યો, અને આ પ્રોજેક્ટે દાયકાઓમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો.
સિરામિક્સ
પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી ઘન પદાર્થો છે જે લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી ગ્રીક શબ્દો πιέζειν (piezein) જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ' અથવા 'પ્રેસ' અને ἤλεκτρον (ēlektron) જેનો અર્થ થાય છે 'એમ્બર', જે ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમાં અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન સામેલ છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી સ્ફટિકો, સિરામિક્સ, જૈવિક પદાર્થો, અસ્થિ, ડીએનએ અને પ્રોટીનમાં જોવા મળે છે. સિરામિક્સ એ રોજિંદા ઉપયોગોમાં વપરાતી સૌથી સામાન્ય પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી છે. સિરામિક્સ મેટલ ઓક્સાઇડના મિશ્રણમાંથી બનાવવામાં આવે છે, જેમ કે લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ (PZT), જે ઘન બનાવવા માટે ઊંચા તાપમાને ગરમ થાય છે. સિરામિક્સ અત્યંત ટકાઉ હોય છે અને ભારે તાપમાન અને દબાણનો સામનો કરી શકે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક સિરામિક્સના વિવિધ ઉપયોગો છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:
• રાંધવા અને હીટિંગ ઉપકરણો, જેમ કે ટોર્ચ અને સિગારેટ લાઇટર માટે ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવી.
• મેડિકલ ઇમેજિંગ માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પેદા કરવી.
• ઘડિયાળ જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળી ઉત્પન્ન કરવી.
• સચોટ વજનમાં ઉપયોગ માટે સૂક્ષ્મ સંતુલન પેદા કરવું.
• ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીના અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ માટે અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ ચલાવવી.
• પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ સ્કેન કરવા માટેનો આધાર બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર ઈમેજોને ઉકેલી શકે છે.
• આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર અને ટ્રિગર્સ માટે પિકઅપ.
પીઝોઈલેક્ટ્રિક સિરામિક્સનો ઉપયોગ કન્ઝ્યુમર ઈલેક્ટ્રોનિક્સથી લઈને મેડિકલ ઈમેજિંગ સુધીની વિશાળ શ્રેણીમાં થાય છે. તેઓ અત્યંત ટકાઉ હોય છે અને ભારે તાપમાન અને દબાણનો સામનો કરી શકે છે, જે તેમને વિવિધ ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગ માટે આદર્શ બનાવે છે.
જૈવિક બાબત
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. તે ગ્રીક શબ્દ 'piezein' પરથી ઉતરી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું', અને 'élektron', જેનો અર્થ થાય છે 'અંબર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
હાડકા, ડીએનએ અને પ્રોટીન જેવા જૈવિક પદાર્થો એ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રીમાં સામેલ છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. આ સામગ્રીઓના ઉદાહરણોમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે, જે માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટી ઉત્પન્ન કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણમાં ફેરફાર કરે છે, વિપરીત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દ્વારા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે.
1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરી દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ કરવામાં આવી હતી. ત્યારથી તેનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવે છે, જેમ કે:
• અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ
• પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ
• ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન
• ઘડિયાળ જનરેટર
• ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો
• સૂક્ષ્મ સંતુલન
• અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ ચલાવો
• અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી
• સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર બનાવે છે
• અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલો
• ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટારમાં પિકઅપ્સ
• આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં ટ્રિગર્સ
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ રોજિંદા વસ્તુઓ જેમ કે ગેસ રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને વધુમાં પણ થાય છે. પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર, જે તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિતનું ઉત્પાદન છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો. રેને હાયુ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાનને આધારે, તેઓએ યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો, પરંતુ તેમના પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડના હંટેરિયન મ્યુઝિયમમાં ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય એ સીધી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે. પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટી વિશેના તેમના જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓની તેમની સમજને જોડીને પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તણૂકની આગાહી કરી. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ અને પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો. કન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવા માટે ક્યુરીઝ દ્વારા આ અસરને ખૂબ જ અતિશયોક્તિ કરવામાં આવી હતી. 1881 માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોમાંથી વિપરીત અસર ગાણિતિક રીતે કાઢવામાં આવી હતી.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં મહત્વપૂર્ણ સાધન ન બને ત્યાં સુધી દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતી સ્ફટિક રચનાઓનું અન્વેષણ અને વ્યાખ્યા કરવાનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના 'લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક' (ક્રિસ્ટલ ભૌતિકશાસ્ત્રની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું.
બોન
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. અસ્થિ એક એવી સામગ્રી છે જે આ ઘટના દર્શાવે છે.
અસ્થિ એ એક પ્રકારનું જૈવિક પદાર્થ છે જે પ્રોટીન અને ખનિજોથી બનેલું છે, જેમાં કોલેજન, કેલ્શિયમ અને ફોસ્ફરસનો સમાવેશ થાય છે. તે તમામ જૈવિક સામગ્રીઓમાં સૌથી વધુ પીઝોઇલેક્ટ્રિક છે, અને જ્યારે યાંત્રિક તાણને આધિન હોય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે.
અસ્થિમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તેની અનન્ય રચનાનું પરિણામ છે. તે કોલેજન તંતુઓના નેટવર્કથી બનેલું છે જે ખનિજોના મેટ્રિક્સમાં જડિત છે. જ્યારે અસ્થિ યાંત્રિક તાણને આધિન હોય છે, ત્યારે કોલેજન તંતુઓ ખસેડે છે, જેના કારણે ખનિજો ધ્રુવીકરણ થાય છે અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન કરે છે.
હાડકામાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર સંખ્યાબંધ વ્યવહારુ ઉપયોગો ધરાવે છે. તેનો ઉપયોગ તબીબી ઇમેજિંગમાં થાય છે, જેમ કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને એક્સ-રે ઇમેજિંગ, હાડકાના ફ્રેક્ચર અને અન્ય અસાધારણતાને શોધવા માટે. તેનો ઉપયોગ હાડકાના વહન શ્રવણ સાધનોમાં પણ થાય છે, જે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરીને ધ્વનિ તરંગોને વિદ્યુત સંકેતોમાં રૂપાંતરિત કરે છે જે સીધા આંતરિક કાનમાં મોકલવામાં આવે છે.
હાડકામાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કૃત્રિમ સાંધા અને કૃત્રિમ અંગો જેવા ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણમાં પણ થાય છે. પ્રત્યારોપણ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ યાંત્રિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે કરે છે, જેનો ઉપયોગ પછી ઉપકરણને પાવર કરવા માટે થાય છે.
વધુમાં, નવી તબીબી સારવારના વિકાસમાં ઉપયોગ માટે હાડકામાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની શોધ કરવામાં આવી રહી છે. ઉદાહરણ તરીકે, સંશોધકો હાડકાના વિકાસને ઉત્તેજીત કરવા અને ક્ષતિગ્રસ્ત પેશીઓને સુધારવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીના ઉપયોગની તપાસ કરી રહ્યા છે.
એકંદરે, હાડકામાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર એ એક વિશાળ શ્રેણીના વ્યવહારુ કાર્યક્રમો સાથે આકર્ષક ઘટના છે. તેનો ઉપયોગ વિવિધ તબીબી અને તકનીકી એપ્લિકેશનોમાં થઈ રહ્યો છે, અને નવી સારવારના વિકાસમાં ઉપયોગ માટે શોધ કરવામાં આવી રહી છે.
ડીએનએ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. ડીએનએ એક એવી સામગ્રી છે જે આ અસર દર્શાવે છે. ડીએનએ એક જૈવિક પરમાણુ છે જે તમામ જીવંત જીવોમાં જોવા મળે છે અને તે ચાર ન્યુક્લિયોટાઇડ પાયાથી બનેલું છે: એડેનાઇન (એ), ગ્વાનિન (જી), સાઇટોસિન (સી), અને થાઇમીન (ટી).
ડીએનએ એક જટિલ પરમાણુ છે જેનો ઉપયોગ જ્યારે યાંત્રિક તાણને આધિન હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પેદા કરવા માટે થઈ શકે છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે ડીએનએ અણુઓ ન્યુક્લિયોટાઇડ્સના બે સેરથી બનેલા છે જે હાઇડ્રોજન બોન્ડ દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવે છે. જ્યારે આ બોન્ડ તૂટી જાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન થાય છે.
ડીએનએની પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:
• તબીબી પ્રત્યારોપણ માટે વીજળી ઉત્પન્ન કરવી
• કોષોમાં યાંત્રિક દળોની શોધ અને માપન
• નેનોસ્કેલ સેન્સરનો વિકાસ
ડીએનએ સિક્વન્સિંગ માટે બાયોસેન્સર બનાવવું
• ઇમેજિંગ માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પેદા કરવી
ડીએનએની પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરને નેનોવાયર અને નેનોટ્યુબ જેવી નવી સામગ્રીના વિકાસમાં તેના સંભવિત ઉપયોગ માટે પણ શોધવામાં આવી રહી છે. આ સામગ્રીઓનો ઉપયોગ ઊર્જા સંગ્રહ અને સંવેદના સહિત વિવિધ કાર્યક્રમો માટે થઈ શકે છે.
ડીએનએની પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે અને તે યાંત્રિક તાણ પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોવાનું જાણવા મળ્યું છે. આ તે સંશોધકો અને ઇજનેરો માટે મૂલ્યવાન સાધન બનાવે છે જેઓ નવી સામગ્રી અને તકનીકો વિકસાવવા માંગે છે.
નિષ્કર્ષમાં, ડીએનએ એ એક સામગ્રી છે જે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ક્ષમતા છે. આ અસરનો ઉપયોગ તબીબી પ્રત્યારોપણ, નેનોસ્કેલ સેન્સર અને ડીએનએ સિક્વન્સિંગ સહિત વિવિધ કાર્યક્રમોમાં કરવામાં આવ્યો છે. નેનોવાયર અને નેનોટ્યુબ જેવી નવી સામગ્રીના વિકાસમાં તેના સંભવિત ઉપયોગ માટે પણ તેની શોધ કરવામાં આવી રહી છે.
પ્રોટીન્સ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ, જેમ કે પ્રોટીન, સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને જૈવિક પદાર્થો જેમ કે હાડકા અને ડીએનએ, આ અસર દર્શાવે છે. પ્રોટીન, ખાસ કરીને, એક અનન્ય પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી છે, કારણ કે તે એમિનો એસિડની જટિલ રચનાથી બનેલી છે જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પેદા કરવા માટે વિકૃત થઈ શકે છે.
પ્રોટીન એ પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીનો સૌથી વિપુલ પ્રકાર છે, અને તે વિવિધ સ્વરૂપોમાં જોવા મળે છે. તેઓ ઉત્સેચકો, હોર્મોન્સ અને એન્ટિબોડીઝના સ્વરૂપમાં તેમજ કોલેજન અને કેરાટિન જેવા માળખાકીય પ્રોટીનના સ્વરૂપમાં મળી શકે છે. પ્રોટીન સ્નાયુ પ્રોટીનના સ્વરૂપમાં પણ જોવા મળે છે, જે સ્નાયુ સંકોચન અને આરામ માટે જવાબદાર છે.
પ્રોટીનની પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર એ હકીકતને કારણે છે કે તેઓ એમિનો એસિડની જટિલ રચનાથી બનેલા છે. જ્યારે આ એમિનો એસિડ વિકૃત થાય છે, ત્યારે તેઓ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન કરે છે. આ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો ઉપયોગ પછી સેન્સર અને એક્ટ્યુએટર જેવા વિવિધ ઉપકરણોને પાવર કરવા માટે થઈ શકે છે.
પ્રોટીનનો ઉપયોગ વિવિધ તબીબી કાર્યક્રમોમાં પણ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેઓનો ઉપયોગ શરીરમાં અમુક પ્રોટીનની હાજરી શોધવા માટે થાય છે, જેનો ઉપયોગ રોગોના નિદાન માટે થઈ શકે છે. તેનો ઉપયોગ ચોક્કસ બેક્ટેરિયા અને વાયરસની હાજરી શોધવા માટે પણ થાય છે, જેનો ઉપયોગ ચેપનું નિદાન કરવા માટે થઈ શકે છે.
પ્રોટીનનો ઉપયોગ વિવિધ ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમોમાં પણ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેનો ઉપયોગ વિવિધ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ માટે સેન્સર અને એક્ટ્યુએટર બનાવવા માટે થાય છે. તેઓનો ઉપયોગ એવી સામગ્રી બનાવવા માટે પણ થાય છે જેનો ઉપયોગ વિમાન અને અન્ય વાહનોના નિર્માણમાં થઈ શકે.
નિષ્કર્ષમાં, પ્રોટીન એ એક અનન્ય પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી છે જેનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થઈ શકે છે. તેઓ એમિનો એસિડની જટિલ રચનાથી બનેલા હોય છે જેને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ બનાવવા માટે વિકૃત કરી શકાય છે, અને તેનો ઉપયોગ વિવિધ તબીબી અને ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમોમાં થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી સાથે ઉર્જા હાર્વેસ્ટીંગ
આ વિભાગમાં, હું ચર્ચા કરીશ કે કેવી રીતે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ ઉર્જા મેળવવા માટે થઈ શકે. હું પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગથી ઘડિયાળ જનરેટર અને માઇક્રોબેલેન્સ સુધી, પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીની વિવિધ એપ્લિકેશનો જોઈશ. હું પિયરે ક્યુરી દ્વારા તેની શોધથી લઈને બીજા વિશ્વયુદ્ધમાં તેના ઉપયોગ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીના ઈતિહાસની પણ શોધ કરીશ. અંતે, હું પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉદ્યોગની વર્તમાન સ્થિતિ અને વધુ વૃદ્ધિની સંભાવના વિશે ચર્ચા કરીશ.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. 'પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી' શબ્દ ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' (સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવા) અને 'ઈલેક્ટ્રોન' (એમ્બર) પરથી આવ્યો છે, જે ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ, જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ, અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ ઘડિયાળ જનરેટર તરીકે, ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં અને સૂક્ષ્મ સંતુલનમાં હાઈ વોલ્ટેજ વીજળી પેદા કરવા માટે થાય છે. તેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી ચલાવવા માટે પણ થાય છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ આ ટેકનોલોજીની લોકપ્રિય એપ્લિકેશન છે. આ પ્રિન્ટિંગનો એક પ્રકાર છે જે ઉચ્ચ-આવર્તન કંપન પેદા કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોનો ઉપયોગ કરે છે, જેનો ઉપયોગ પૃષ્ઠ પર શાહીના ટીપાં બહાર કાઢવા માટે થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ 1880ની છે, જ્યારે ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીએ તેની અસર શોધી કાઢી હતી. ત્યારથી, પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રિસિટીનો ઉપયોગ રોજિંદા વસ્તુઓ જેમ કે ગેસ રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટારમાં પીકઅપ અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં ટ્રિગર્સમાં થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં પણ થાય છે. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ માટેનો આધાર છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે. તેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર્સમાં પણ થાય છે, જે અલ્ટ્રાસોનિક કઠોળને સામગ્રીમાં મોકલે છે અને અસંતુલન શોધવા અને કાસ્ટ મેટલ અને પથ્થરની વસ્તુઓમાં ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબને માપે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણો અને સામગ્રીનો વિકાસ બહેતર પ્રદર્શન અને સરળ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓની જરૂરિયાત દ્વારા ચલાવવામાં આવ્યો છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં, વ્યાપારી ઉપયોગ માટે ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોનો વિકાસ પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉદ્યોગના વિકાસમાં મુખ્ય પરિબળ છે. તેનાથી વિપરીત, જાપાનીઝ ઉત્પાદકો ઝડપથી માહિતી શેર કરવામાં અને નવી એપ્લિકેશનો વિકસાવવામાં સક્ષમ છે, જે જાપાનીઝ બજારમાં ઝડપી વૃદ્ધિ તરફ દોરી જાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીએ લાઈટર જેવી રોજિંદી વસ્તુઓથી લઈને અદ્યતન વૈજ્ઞાનિક સંશોધનો સુધી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાની રીતમાં ક્રાંતિ લાવી છે. તે એક બહુમુખી તકનીક છે જેણે અમને નવી સામગ્રી અને એપ્લિકેશન્સનું અન્વેષણ અને વિકાસ કરવામાં સક્ષમ બનાવ્યું છે, અને તે આવનારા વર્ષો સુધી આપણા જીવનનો એક મહત્વપૂર્ણ ભાગ બની રહેશે.
ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ નક્કર સામગ્રીની ક્ષમતા છે. 'પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી' શબ્દ ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ' અથવા 'પ્રેસ' અને 'એલેક્ટ્રોન' એટલે કે 'એમ્બર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય સામગ્રીમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર એ ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે; પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રીઓ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર પણ પ્રદર્શિત કરે છે, લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, એક ઘટના જે ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખાય છે, જેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમાં ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળી ઉત્પન્ન થાય છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીનો ઉપયોગ અવાજના ઉત્પાદન અને શોધમાં, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગમાં, ઘડિયાળ જનરેટરમાં, ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં, માઇક્રોબેલેન્સમાં, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલમાં અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીમાં થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ રોજિંદા કાર્યક્રમોમાં પણ થાય છે, જેમ કે રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણોમાં ગેસને સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને પાયરોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટ મટીરીયલમાં, જે તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં વિદ્યુત ક્ષમતા પેદા કરે છે. 18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા આ અસરનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર ધ્યાન દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો, જોકે તેમના પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા હતા.
પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીનું સંયુક્ત જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક માળખાંની સમજએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તનની આગાહી કરવાની ક્ષમતાને જન્મ આપ્યો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરે છે, અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ પેદા કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો. ક્યુરીઝના પ્રત્યક્ષ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરના નિદર્શનમાં આને ખૂબ જ અતિશયોક્તિ કરવામાં આવી હતી.
પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓ પીઝોઈલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઈલેક્ટ્રો-ઈલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવવા માટે આગળ વધ્યા. દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી એ પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી, પરંતુ પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન હતું. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સ્ફટિક રચનાઓનું અન્વેષણ અને વ્યાખ્યા કરવાનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઈગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ભૌતિકશાસ્ત્રની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું, જેમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું અને પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કરીને કઠોરતાથી ઈલેક્ટ્રીસીટીની વ્યાખ્યા કરવામાં આવી હતી.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારુ ઉપયોગ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સોનારના વિકાસ સાથે શરૂ થયો હતો. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું. ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટ્સ પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોમાંથી બનાવેલ ટ્રાન્સડ્યુસર અને પરત આવેલા ઇકોને શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થતો હતો. ટ્રાંસડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કરીને અને ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તે માપીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. તેઓએ સોનારને સફળ બનાવવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કર્યો અને આ પ્રોજેક્ટે પછીના દાયકાઓમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો.
નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યાં, જેમ કે સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસ, જેણે પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવ્યું અને સસ્તા, વધુ સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ માટે બનાવ્યું જે જાળવવા માટે સસ્તું અને બનાવવામાં સરળ હતું. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના વિકાસથી પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાના સરળ માપનની મંજૂરી મળી, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થઈ. અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર સામગ્રીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે અને કાસ્ટ મેટલ અને સ્ટોન ઓબ્જેક્ટની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને અસંતુલનને માપે છે, માળખાકીય સલામતીમાં સુધારો કરે છે.
બીજા વિશ્વયુદ્ધમાં યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, રશિયા અને જાપાનમાં સ્વતંત્ર સંશોધન જૂથોએ ફેર નામની કૃત્રિમ સામગ્રીના નવા વર્ગની શોધ કરી.
ઘડિયાળ જનરેટર
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. આ ઘટનાનો ઉપયોગ ઘડિયાળ જનરેટર સહિત અનેક ઉપયોગી એપ્લિકેશનો બનાવવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. ઘડિયાળ જનરેટર એવા ઉપકરણો છે જે ચોક્કસ સમય સાથે વિદ્યુત સંકેતો ઉત્પન્ન કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કરે છે.
ઘડિયાળ જનરેટરનો ઉપયોગ વિવિધ એપ્લિકેશન્સમાં થાય છે, જેમ કે કમ્પ્યુટર્સ, ટેલિકોમ્યુનિકેશન્સ અને ઓટોમોટિવ સિસ્ટમ્સમાં. વિદ્યુત સંકેતોના ચોક્કસ સમયની ખાતરી કરવા માટે પેસમેકર જેવા તબીબી ઉપકરણોમાં પણ તેનો ઉપયોગ થાય છે. ઘડિયાળ જનરેટરનો ઉપયોગ ઔદ્યોગિક ઓટોમેશન અને રોબોટિક્સમાં પણ થાય છે, જ્યાં ચોક્કસ સમય જરૂરી છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય સામગ્રીમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે જ્યારે વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવતી સામગ્રી પણ યાંત્રિક તાણ પેદા કરી શકે છે. તેને ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો બનાવવા માટે થાય છે.
ઘડિયાળ જનરેટર ચોક્કસ સમય સાથે વિદ્યુત સંકેતો પેદા કરવા માટે આ વ્યસ્ત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દ્વારા વિકૃત થાય છે, જેના કારણે તે ચોક્કસ આવર્તન પર વાઇબ્રેટ થાય છે. આ સ્પંદન પછી વિદ્યુત સંકેતમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જેનો ઉપયોગ ચોક્કસ સમય સંકેત જનરેટ કરવા માટે થાય છે.
ઘડિયાળ જનરેટરનો ઉપયોગ તબીબી ઉપકરણોથી લઈને ઔદ્યોગિક ઓટોમેશન સુધીની વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં થાય છે. તેઓ વિશ્વસનીય, સચોટ અને ઉપયોગમાં સરળ છે, જે તેમને ઘણી એપ્લિકેશનો માટે લોકપ્રિય પસંદગી બનાવે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ આધુનિક ટેકનોલોજીનો એક મહત્વનો ભાગ છે, અને ઘડિયાળ જનરેટર આ ઘટનાના ઘણા કાર્યક્રમોમાંનું એક છે.
ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ નક્કર સામગ્રીની ક્ષમતા છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટ તરીકે ઓળખાતી આ ઘટનાનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટારમાં પિકઅપથી લઈને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં ટ્રિગર્સ સુધીના વિવિધ ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી ગ્રીક શબ્દો πιέζειν (piezein) પરથી ઉતરી આવી છે જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ" અથવા "પ્રેસ" અને ἤλεκτρον (ēlektron) જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો એક પ્રાચીન સ્ત્રોત. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી એ સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને જૈવિક પદાર્થો છે જેમ કે હાડકા અને ડીએનએ પ્રોટીન, જે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર એ વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, એક ઘટના જે ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખાય છે, જેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધનો શ્રેય ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીને આપવામાં આવે છે, જેમણે 1880માં ડાયરેક્ટ પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવી હતી. પાઈરોઈલેક્ટ્રીસીટી અંગેના તેમના સંયુક્ત જ્ઞાન અને અંતર્ગત ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચરની સમજણએ પાયરોઈલેક્ટ્રીક અસરની આગાહીને જન્મ આપ્યો હતો, અને તેની પૂર્વધારણાની ક્ષમતામાં વધારો કર્યો હતો. ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર સાથે ક્રિસ્ટલ વર્તન દર્શાવવામાં આવ્યું હતું.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ રોજબરોજના વિવિધ કાર્યક્રમોમાં કરવામાં આવે છે, જેમ કે રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને પાયરોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટ મટીરીયલમાં ગેસને સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા જે તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં વિદ્યુત ક્ષમતા પેદા કરે છે. 18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા આનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. સ્કોટલેન્ડના ક્યુરી કમ્પેન્સટર મ્યુઝિયમમાં પીઝો ક્રિસ્ટલના દૃશ્યે ક્યુરી ભાઈઓ દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવી ન હતી ત્યાં સુધી પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ વિવિધ ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં થાય છે, જેમાં ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટારમાં પિકઅપથી લઈને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં ટ્રિગર થાય છે. તેનો ઉપયોગ ધ્વનિના ઉત્પાદન અને તપાસ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર, માઇક્રોબેલેન્સ, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસીંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીમાં પણ થાય છે. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપને સ્કેન કરવા માટેનો આધાર પણ છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે.
માઇક્રોબalaલેન્સ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ નક્કર સામગ્રીની ક્ષમતા છે. Piezoelectricity ગ્રીક શબ્દો πιέζειν (piezein), જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ" અથવા "પ્રેસ", અને ἤλεκτρον (ēlektron), જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો એક પ્રાચીન સ્ત્રોત પરથી ઉતરી આવ્યો છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ રોજિંદા વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુ માટે ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા. તેનો ઉપયોગ ધ્વનિના ઉત્પાદન અને શોધમાં અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગમાં પણ થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળી પેદા કરવા માટે પણ થાય છે અને તે ઘડિયાળ જનરેટર અને માઇક્રોબેલેન્સ જેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો આધાર છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઈન ફોકસીંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી ચલાવવા માટે પણ થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીની શોધનો શ્રેય 1880માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીને આપવામાં આવે છે. ક્યુરી ભાઈઓએ પિઝોઈલેક્ટ્રીસિટીની વિભાવનાને જન્મ આપવા માટે પાયરોઈલેક્ટ્રીસિટી વિશેના તેમના જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક માળખાંની તેમની સમજને જોડી હતી. તેઓ સ્ફટિકના વર્તનની આગાહી કરવામાં સક્ષમ હતા અને ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોમાં અસર દર્શાવી હતી.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધનો સમાવેશ થાય છે. પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સોનારનો વિકાસ એ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીના ઉપયોગમાં એક મોટી સફળતા હતી. બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, રશિયા અને જાપાનમાં સ્વતંત્ર સંશોધન જૂથોએ ફેરોઇલેક્ટ્રિક્સ નામની કૃત્રિમ સામગ્રીના નવા વર્ગની શોધ કરી, જે કુદરતી સામગ્રી કરતાં દસ ગણા વધારે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકો દર્શાવે છે.
આનાથી બેરિયમ ટાઇટેનેટ અને બાદમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ મટીરીયલ્સનું સઘન સંશોધન અને વિકાસ થયો, જે ચોક્કસ એપ્લિકેશનો માટે વિશિષ્ટ ગુણધર્મો ધરાવે છે. બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી બેલ ટેલિફોન લેબોરેટરીઝમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક ક્રિસ્ટલના ઉપયોગનું નોંધપાત્ર ઉદાહરણ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું.
રેડિયો ટેલિફોની ઈજનેરી વિભાગમાં કામ કરતા ફ્રેડરિક આર. લેકે, એક કટ ક્રિસ્ટલ વિકસાવ્યું જે તાપમાનની વિશાળ શ્રેણી પર કામ કરે છે. લૅક્સ ક્રિસ્ટલને અગાઉના સ્ફટિકોની ભારે એક્સેસરીઝની જરૂર ન હતી, જેનાથી એરક્રાફ્ટમાં તેનો ઉપયોગ થતો હતો. આ વિકાસથી સાથી હવાઈ દળોને ઉડ્ડયન રેડિયોનો ઉપયોગ કરીને સંકલિત સામૂહિક હુમલામાં સામેલ થવાની મંજૂરી મળી.
યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણો અને સામગ્રીના વિકાસએ ઘણી કંપનીઓને વ્યવસાયમાં રાખી, અને ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોના વિકાસનું વ્યાવસાયિક રીતે શોષણ કરવામાં આવ્યું. ત્યારથી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીનો ઉપયોગ તબીબી ઇમેજિંગ, અલ્ટ્રાસોનિક સફાઈ અને વધુ સહિત વિવિધ એપ્લિકેશન્સમાં કરવામાં આવે છે.
ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે ચોક્કસ ઘન પદાર્થો જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણનો પ્રતિભાવ છે અને તે ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' પરથી ઉતરી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ' અથવા 'પ્રેસ', અને 'ઈલેક્ટ્રોન', જેનો અર્થ થાય છે 'એમ્બર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર એ વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. આનું ઉદાહરણ લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો છે, જે માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી ઉત્પન્ન કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલે છે, જેના પરિણામે વિપરિત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર થાય છે, જે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોનું ઉત્પાદન છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીએ 1880 માં પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ કરી હતી અને ત્યારથી તેનો ઉપયોગ અવાજના ઉત્પાદન અને શોધ સહિત વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી રોજિંદા ઉપયોગો પણ શોધે છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા.
પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર, જે તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરતી સામગ્રી છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ, ફ્રાન્ઝ એપિનસ અને 18મી સદીના મધ્યમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના ચિત્ર જ્ઞાન દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો, જેમણે યાંત્રિક તાણ અને વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ. આ સાબિત કરવા માટેના પ્રયોગો અનિર્ણિત હતા.
સ્કોટલેન્ડના હંટેરિયન મ્યુઝિયમ ખાતે ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓ દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે. પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટી અંગેના તેમના જ્ઞાનને જોડીને અને અંતર્ગત સ્ફટિક માળખાને સમજવાથી પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહીને જન્મ આપ્યો અને તેમને સ્ફટિકના વર્તનની આગાહી કરવાની મંજૂરી આપી. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર સાથે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ અને પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો. 1881 માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોમાંથી ગાણિતિક રીતે અનુમાનિત કરાયેલી કન્વર્ઝ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવા માટે ક્યુરીઝ દ્વારા આને ખૂબ જ અતિશયોક્તિ કરવામાં આવી હતી.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એક પ્રયોગશાળા જિજ્ઞાસા રહી, પરંતુ પિયરે અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં એક મહત્વપૂર્ણ સાધન હતું જે પાઈઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા સ્ફટિક બંધારણોની શોધખોળ અને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. આ વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું, જેમાં પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી ક્રિસ્ટલ વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું અને ટેન્સર વિશ્લેષણ દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કર્યા હતા.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારુ ઉપયોગ સોનારથી શરૂ થયો, જે વિશ્વ યુદ્ધ I દરમિયાન વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. ફ્રાન્સમાં, પૌલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું. ડિટેક્ટરમાં પાતળી ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થાય છે, જે સ્ટીલની પ્લેટો પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા હોય છે, જેને હાઇડ્રોફોન કહેવાય છે, જે ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કર્યા પછી પરત આવતા ઇકોને શોધી શકે છે. ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તે માપીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરી શકે છે. સોનારમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો આ ઉપયોગ સફળ રહ્યો, અને આ પ્રોજેક્ટે દાયકાઓ સુધી પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો.
નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસ જેવા ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યા, જેણે પ્લેયરની ડિઝાઇનને સરળ બનાવી અને સસ્તા, વધુ સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ માટે બનાવ્યા જે જાળવવા માટે સસ્તા અને બિલ્ડ કરવા માટે સરળ હતા. . અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના વિકાસથી પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાના સરળ માપનની મંજૂરી મળી, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થઈ. અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર્સ સામગ્રી દ્વારા અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે અને કાસ્ટ મેટલ અને પથ્થરની વસ્તુઓની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને વિરામને માપે છે.
અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીઝ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ યાંત્રિક તાણને આધિન હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરવાની ચોક્કસ સામગ્રીની ક્ષમતા છે. તે વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની વિદ્યુત અને યાંત્રિક સ્થિતિઓ વચ્ચે એક રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન સામેલ છે. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઘડિયાળ જનરેટર, ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, માઇક્રોબેલેન્સ, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસીંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીમાં પણ થાય છે.
1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરી દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ કરવામાં આવી હતી. પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ ઉપયોગી કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમ કે અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગનો પણ ઉપયોગ થાય છે, તેમજ ઘડિયાળ જનરેટર, ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, માઇક્રોબેલેન્સ, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીનો પણ ઉપયોગ થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીએ રોજિંદા ઉપયોગોમાં તેનો માર્ગ શોધી કાઢ્યો છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને પાયરોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટ મટીરીયલ કે જે તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઈલેક્ટ્રીક સંભવિત જનરેટ કરે છે તે માટે ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા. 18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા આ અસરનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાયુ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું જેમણે યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડના હંટેરિયન મ્યુઝિયમ ખાતે ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓ દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે. પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટી અંગેના તેમના જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓ અંગેની તેમની સમજણ સાથે મળીને, તેઓએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તનની આગાહી કરવાની ક્ષમતાને જન્મ આપ્યો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું.
સોડિયમ અને પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ, અને ક્વાર્ટઝ અને રોશેલ મીઠું પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટી દર્શાવે છે, અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ પેદા કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો, જોકે આકારમાં ફેરફાર ખૂબ જ અતિશયોક્તિપૂર્ણ હતો. ક્યુરીઝે કન્વર્ઝ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરી હતી, અને કન્વર્સ ઇફેક્ટ ગાણિતિક રીતે 1881માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો પરથી લેવામાં આવી હતી. ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્ઝ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી હતી, અને ઇલેક્ટ્રો-ની સંપૂર્ણ રિવર્સિબિલિટીના માત્રાત્મક પુરાવા મેળવવા માટે આગળ વધ્યા હતા. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓ.
પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં મહત્વપૂર્ણ સાધન ન બને ત્યાં સુધી દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટેનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું. આમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે અને પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોના વ્યવહારિક ઉપયોગ માટે ટેન્સર વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને પીઝોઈલેક્ટ્રીક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે.
સોનારનો વિકાસ એ એક સફળ પ્રોજેક્ટ હતો જેણે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ પેદા કર્યો. દાયકાઓ પછી, નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યાં, જેમ કે સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસ, જેણે પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવ્યું અને રેકોર્ડ પ્લેયર્સને જાળવવા અને બનાવવા માટે સસ્તું અને સરળ બનાવ્યું. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના વિકાસથી પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાના સરળ માપનની મંજૂરી મળી, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થઈ. અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર સામગ્રીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે અને કાસ્ટ મેટલ અને સ્ટોન ઓબ્જેક્ટની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને અસંતુલનને માપે છે, માળખાકીય સલામતીમાં સુધારો કરે છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી હિતોના ક્ષેત્રની શરૂઆત ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ્સમાંથી વિકસિત નવી સામગ્રીની નફાકારક પેટન્ટ સાથે સુરક્ષિત કરવામાં આવી હતી, જેનો પીઝોઈલેક્ટ્રીક સામગ્રી તરીકે વ્યાપારી રીતે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. વૈજ્ઞાનિકોએ ઉચ્ચ પ્રદર્શન સામગ્રીની શોધ કરી, અને સામગ્રીમાં પ્રગતિ અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓની પરિપક્વતા હોવા છતાં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સનું બજાર ઝડપથી વધ્યું ન હતું. તેનાથી વિપરીત, જાપાનીઝ ઉત્પાદકોએ ઝડપથી માહિતી શેર કરી અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સના પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉદ્યોગમાં વૃદ્ધિ માટે નવી એપ્લિકેશનો જાપાનીઝ ઉત્પાદકોથી વિપરીત સહન કરી.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ
આ વિભાગમાં, હું આધુનિક તકનીકમાં પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ કેવી રીતે થાય છે તે વિશે વાત કરીશ. ઇલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઇડ ગિટાર અને આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સ માટે ટ્રિગર્સ માટે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે તેવા પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ સ્કેનિંગથી લઈને, પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટી ઘણા ઉપકરણોનો અભિન્ન ભાગ બની ગયો છે. હું પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઈતિહાસ અને તેનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં કેવી રીતે થાય છે તેનું અન્વેષણ કરીશ.
સ્કેનીંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર બનાવે છે
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે ચોક્કસ ઘન પદાર્થો, જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણનો પ્રતિભાવ છે, અને પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી શબ્દ ગ્રીક શબ્દ πιέζειν (piezein) પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે “સ્ક્વિઝ” અથવા “પ્રેસ” અને ἤλεκτρον (élektron) જેનો અર્થ થાય છે “એમ્બર”, જે ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ એવા ઉપકરણો છે જે ગતિ પેદા કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. આ અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય સામગ્રીમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરતી સામગ્રીના ઉદાહરણો લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ ઉપયોગી કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમ કે ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી માટે માઇક્રોબેલેન્સ અને ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ જેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર પણ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે.
1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરી દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ કરવામાં આવી હતી. સ્કોટલેન્ડના હંટેરિયન મ્યુઝિયમમાં પીઝો ક્રિસ્ટલ અને ક્યુરી વળતર આપનારનું દૃશ્ય જોઈ શકાય છે, જે પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓ દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે.
પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટી વિશેના તેમના જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓ અંગેની તેમની સમજને જોડીને પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહીને જન્મ આપ્યો, જેણે તેમને સ્ફટિકના વર્તનની આગાહી કરવાની મંજૂરી આપી. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ અને પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ, અને ક્વાર્ટઝ અને રોશેલ મીઠું પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે, અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો, જો કે ક્યુરીઝ દ્વારા આને ખૂબ જ અતિશયોક્તિ કરવામાં આવી હતી.
તેઓએ કન્વર્ઝ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની પણ આગાહી કરી હતી, અને આ ગાણિતિક રીતે 1881માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો પરથી કાઢવામાં આવ્યું હતું. ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી હતી અને ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-ની સંપૂર્ણ રિવર્સિબિલિટીનો માત્રાત્મક પુરાવો મેળવવા માટે આગળ વધ્યા હતા. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં યાંત્રિક વિકૃતિઓ.
પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં મહત્વપૂર્ણ સાધન ન બને ત્યાં સુધી દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સ્ફટિક રચનાઓનું અન્વેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટેનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઈગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ભૌતિકશાસ્ત્રની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું, જેમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું અને પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવી હતી.
આનાથી સોનાર જેવા પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારિક ઉપયોગ થયો, જે પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું. આ ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટો પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થાય છે, અને ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કર્યા પછી પાછો ફરતો પડઘો શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થાય છે. ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તેનું માપન કરીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. તેઓએ આ સોનારને સફળ બનાવવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કર્યો અને આ પ્રોજેક્ટે દાયકાઓ સુધી પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો.
નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને ઘણા ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યા, જેમ કે સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસ, જેણે પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવી અને સસ્તા અને વધુ સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ માટે બનાવ્યા જે જાળવવા માટે સસ્તા અને સરળ હતા. બનાવવું. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના વિકાસથી પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાના સરળ માપનની મંજૂરી મળી, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થઈ. અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર્સ સામગ્રીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે અને કાસ્ટ મેટલ અને પથ્થરની વસ્તુઓની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને અસંતુલનને માપે છે, માળખાકીય સલામતીમાં સુધારો કરે છે.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન, યુનાઇટેડમાં સ્વતંત્ર સંશોધન જૂથો
અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલો
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે ચોક્કસ ઘન પદાર્થો જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણનો પ્રતિભાવ છે અને તે ગ્રીક શબ્દ 'પીઝીન' પરથી ઉતરી આવ્યો છે, જેનો અર્થ સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવાનો થાય છે. વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત અવસ્થાઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, અને પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. આના ઉદાહરણોમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે, જે માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટી ઉત્પન્ન કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણમાં ફેરફાર કરે છે, જેને ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીએ 1880માં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધ કરી હતી. પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસરનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. માઇક્રોબેલેન્સ અને ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર પણ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ રોજિંદા કાર્યક્રમોમાં પણ થાય છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા. પાયરોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ, જે એક એવી સામગ્રી છે જે તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે, તેનો અભ્યાસ 18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો. રેને હાયુ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાનને આધારે, તેઓએ યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો, પરંતુ તેમના પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
ગ્લાસગોમાં હંટેરિયન મ્યુઝિયમના મુલાકાતીઓ પીઝો ક્રિસ્ટલ ક્યુરી કમ્પેન્સટર જોઈ શકે છે, જે ભાઈઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરી દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું પ્રદર્શન છે. પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીના તેમના જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓની સમજ સાથે જોડીને, તેઓએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તનની આગાહી કરવાની ક્ષમતાને જન્મ આપ્યો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ અને પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ, અને ક્વાર્ટઝ અને રોશેલ મીઠું પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ક જ્યારે વિકૃત થાય છે ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે, જોકે આકારમાં ફેરફાર ખૂબ જ અતિશયોક્તિપૂર્ણ છે. ક્યુરીઝ કન્વર્ઝ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવામાં સક્ષમ હતા, અને 1881માં ગેબ્રિયલ લિપમેનના મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો પરથી કન્વર્સ ઇફેક્ટ ગાણિતિક રીતે કાઢવામાં આવી હતી.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી એ પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી, પરંતુ પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન હતું. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ અને વ્યાખ્યા કરવાનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું.
પિકઅપ્સ ઇલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઇડ ગિટાર
પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ છે જે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિકલ ઊર્જાને યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે કરે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર એ અમુક સામગ્રીની ક્ષમતા છે જે યાંત્રિક તાણને આધિન હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઉત્પન્ન કરે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ ઘડિયાળો અને ઘડિયાળો જેવા નાના ઉપકરણોને પાવર આપવાથી માંડીને રોબોટ્સ અને મેડિકલ સાધનો જેવા મોટા મશીનોને પાવર આપવા સુધીની વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર્સ પિકઅપ્સમાં થાય છે. આ પિકઅપ્સ ગિટાર તારોના સ્પંદનોને ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. આ સિગ્નલ પછી એમ્પ્લીફાય થાય છે અને એમ્પ્લીફાયરને મોકલવામાં આવે છે, જે ગિટારનો અવાજ ઉત્પન્ન કરે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક પિકઅપ્સનો ઉપયોગ આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં પણ થાય છે, જ્યાં તેનો ઉપયોગ ડ્રમ હેડના વાઇબ્રેશનને શોધવા અને તેને ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ સ્કેનિંગમાં પણ થાય છે, જે સપાટી પર નાની તપાસને ખસેડવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. આ માઇક્રોસ્કોપને અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે પરવાનગી આપે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ ઇંકજેટ પ્રિન્ટરમાં પણ થાય છે, જ્યાં તેનો ઉપયોગ સમગ્ર પૃષ્ઠ પર પ્રિન્ટ હેડને આગળ પાછળ ખસેડવા માટે થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ તબીબી ઉપકરણો, ઓટોમોટિવ ઘટકો અને કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સહિત અન્ય વિવિધ એપ્લિકેશન્સમાં થાય છે. તેનો ઉપયોગ ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સમાં પણ થાય છે, જેમ કે ચોકસાઇવાળા ભાગોના ઉત્પાદનમાં અને જટિલ ઘટકોની એસેમ્બલીમાં. પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં પણ થાય છે, જેનો ઉપયોગ તબીબી ઇમેજિંગમાં અને સામગ્રીમાં ખામીઓ શોધવામાં થાય છે.
એકંદરે, પીઝોઈલેક્ટ્રીક મોટરનો ઉપયોગ નાના ઉપકરણોને પાવર આપવાથી લઈને મોટા મશીનોને પાવર આપવા સુધીની વિશાળ શ્રેણીમાં થાય છે. તેનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર, આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ, સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ, ઈંકજેટ પ્રિન્ટર્સ, મેડિકલ ડિવાઈસ, ઓટોમોટિવ કમ્પોનન્ટ્સ અને કન્ઝ્યુમર ઈલેક્ટ્રોનિક્સમાં થાય છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં અને સામગ્રીમાં ખામીઓ શોધવામાં પણ થાય છે.
આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સને ટ્રિગર કરે છે
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે જે ચોક્કસ ઘન પદાર્થો જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણ માટે આ સામગ્રીનો પ્રતિભાવ છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી શબ્દ ગ્રીક શબ્દ "પીઝીન" પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું", અને શબ્દ "ઈલેક્ટ્રોન", જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", જે ઈલેક્ટ્રીક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ એવા ઉપકરણો છે જે ગતિ પેદા કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. આ અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય સામગ્રીની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. તે એક ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. આનું ઉદાહરણ લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો છે, જે માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી ઉત્પન્ન કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલે છે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોટરનો ઉપયોગ રોજિંદા ઉપયોગની વિવિધતામાં થાય છે, જેમ કે:
• રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણોમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્કસ પેદા કરવી
• ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર સામગ્રી
• તાપમાનના બદલાવના પ્રતિભાવમાં વિદ્યુત ક્ષમતા પેદા કરવી
• અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ
• પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ
• ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન
• ઘડિયાળ જનરેટર અને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો
• સૂક્ષ્મ સંતુલન
• અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસ કરતી ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી ચલાવો
• સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર બનાવે છે
• અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલો
• પિકઅપ્સ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર
• આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમને ટ્રિગર કરે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યુસરનું ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ મોડેલિંગ
આ વિભાગમાં, હું પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સના ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ મોડેલિંગની શોધ કરીશ. હું પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધનો ઈતિહાસ, તેના અસ્તિત્વને સાબિત કરનારા પ્રયોગો અને પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણો અને સામગ્રીના વિકાસને જોઈશ. હું ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરી, કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ, રેને હાઉ અને એન્ટોઈન સેઝર બેકરેલ, ગેબ્રિયલ લિપમેન અને વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના યોગદાનની પણ ચર્ચા કરીશ.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરી
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ એક ઈલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઘટના છે જ્યાં અમુક ઘન પદાર્થો જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સ, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા થાય છે. આ ચાર્જ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં પેદા થાય છે. 'પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી' શબ્દ ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું' અને 'ઈલેક્ટ્રોન', જેનો અર્થ થાય છે 'એમ્બર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા ધરાવતી સામગ્રીમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત અવસ્થાઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર પરિણમે છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે, જ્યાં લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રતિભાવમાં યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી ઉત્પન્ન થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણમાં ફેરફાર કરે છે, પ્રક્રિયામાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે જેને ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
1880 માં, ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીએ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની શોધ કરી અને ત્યારથી તેનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી એપ્લિકેશનો માટે કરવામાં આવે છે, જેમાં અવાજનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રોનિકનો સમાવેશ થાય છે. અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી માટે માઇક્રોબેલેન્સ અને ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ જેવા ઉપકરણો. તે પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપને સ્કેન કરવા માટેનો આધાર પણ બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સ માટે પિકઅપ્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી રોજિંદા ઉપયોગો પણ શોધે છે, જેમ કે રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા. પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર, જ્યાં તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં સામગ્રી ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાઉ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, જોકે તેમના પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
અન્ડરલાઇંગ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની સમજ સાથે પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટી વિશેના તેમના જ્ઞાનને જોડીને, ક્યુરીઓ પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટીની આગાહીને જન્મ આપવા અને સ્ફટિકોના વર્તનની આગાહી કરવામાં સક્ષમ હતા. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ક જ્યારે વિકૃત થાય છે ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે, જોકે ક્યુરીઝના પ્રદર્શનમાં આને અતિશયોક્તિપૂર્ણ રીતે દર્શાવવામાં આવી છે. તેઓ 1881માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા આપવામાં આવેલા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોમાંથી કન્વર્ઝ પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરવામાં પણ સક્ષમ હતા અને ગાણિતિક રીતે તેને અનુમાનિત કરી શક્યા હતા.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. ત્યારપછીના દાયકાઓમાં, પિયરે અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં એક મહત્વપૂર્ણ સાધન બની ન જાય ત્યાં સુધી પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતી સ્ફટિક રચનાઓનું અન્વેષણ અને વ્યાખ્યા કરવાનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના 'લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક' (ક્રિસ્ટલ ભૌતિકશાસ્ત્રની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું.
પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ એક ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઘટના છે જેમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ચોક્કસ નક્કર પદાર્થો, જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે લાગુ યાંત્રિક તાણનો પ્રતિભાવ છે, અને 'પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી' શબ્દ ગ્રીક શબ્દ 'પીઝેઈન' પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું', અને 'એલેક્ટ્રોન', જેનો અર્થ થાય છે 'એમ્બર', જે ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પિઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેના રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. તે ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા છે; પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રીઓ વિપરીત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર પણ પ્રદર્શિત કરે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, જેને ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીએ 1880માં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધ કરી હતી. ત્યારથી તેનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવે છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને માઇક્રોબેલેન્સ જેવા ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. , અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી ચલાવો. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર પણ બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર માટેના પિકઅપમાં અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા માટે રોજિંદા ઉપયોગો શોધે છે. પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર, જેમાં તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં સામગ્રી ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાઉ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર ચિત્ર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે સંબંધ સ્થાપિત કર્યો હતો. યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચે. પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીના સંયુક્ત જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓની સમજએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિકોના વર્તનની આગાહી કરવાની ક્ષમતાને જન્મ આપ્યો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરે છે, અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ પેદા કરવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો. ક્યુરીઝના પ્રત્યક્ષ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરના નિદર્શનમાં આને ખૂબ જ અતિશયોક્તિ કરવામાં આવી હતી.
પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓએ કન્વર્ઝ પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરી હતી, અને કન્વર્સ ઈફેક્ટ ગાણિતિક રીતે 1881માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો પરથી કાઢવામાં આવી હતી. ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઈફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી હતી, અને પૂર્ણતાના માત્રાત્મક પુરાવા મેળવવા માટે આગળ વધ્યા હતા. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની વિપરીતતા.
દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી એ પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી, પરંતુ પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન હતું. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટેનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું. આમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે અને ટેન્સર વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને પીઝોઈલેક્ટ્રીક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યુસરનો આ પ્રથમ વ્યવહારુ ઉપયોગ હતો, અને સોનારનો વિકાસ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન થયો હતો. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું.
કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ એક ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઘટના છે જેમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ચોક્કસ ઘન પદાર્થો જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. આ ચાર્જ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં પેદા થાય છે. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી શબ્દ ગ્રીક શબ્દો πιέζειν (piezein) પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું" અને ἤλεκτρον (ēlektron) જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત.
પિઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેના રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જે લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, જે ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખાય છે અને તેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
1880 માં, ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જેક્સ અને પિયર ક્યુરીએ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની શોધ કરી અને ત્યારથી તેનો ઉપયોગ ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર, ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, માઇક્રોબેલેન્સ સહિતની ઘણી ઉપયોગી એપ્લિકેશનો માટે કરવામાં આવે છે. , અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી ચલાવો. તે પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ સ્કેન કરવા માટેનો આધાર પણ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલવા માટે થાય છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સ માટે પિકઅપ્સમાં પણ થાય છે.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી રોજિંદા ઉપયોગોમાં પણ જોવા મળે છે, જેમ કે રસોઈ અને હીટિંગ ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઈટર અને પાયરોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટમાં ગેસને સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા, જે તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રતિભાવમાં જ્યારે કોઈ સામગ્રી ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે. 18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા આ અસરનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાઉ અને એન્ટોઈન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર ધ્યાન દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો, જોકે તેમના પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા હતા.
સ્કોટલેન્ડના હનટેરિયન મ્યુઝિયમમાં ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓ દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે. અન્ડરલાઇંગ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની સમજ સાથે પાયરોઇલેક્ટ્રીસીટીના તેમના જ્ઞાનને જોડવાથી પાયરોઇલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તણૂકની આગાહી કરવાની ક્ષમતાને જન્મ આપ્યો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. રોશેલ સોલ્ટમાંથી સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે, અને પીઝોઇલેક્ટ્રીક ડિસ્ક જ્યારે વિકૃત થાય છે ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે, જોકે ક્યુરીઝના પ્રદર્શનમાં આને ખૂબ જ અતિશયોક્તિ કરવામાં આવી છે.
કન્વર્ઝ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી અને મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોમાંથી તેની ગાણિતિક કપાત 1881માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા કરવામાં આવી હતી. ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી અને ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-ની સંપૂર્ણ રિવર્સિબિલિટીનો માત્રાત્મક પુરાવો મેળવવા આગળ વધ્યા. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં યાંત્રિક વિકૃતિઓ. પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં મહત્વપૂર્ણ સાધન ન બને ત્યાં સુધી પાઇઝોઇલેક્ટ્રીસિટી એ એક પ્રયોગશાળા જિજ્ઞાસા રહી, જેમણે તેનો ઉપયોગ પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીનું પ્રદર્શન કરતા સ્ફટિક માળખાંની શોધ અને વ્યાખ્યા કરવા માટે કર્યું. આ વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું, જેમાં પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી ક્રિસ્ટલ વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું અને ટેન્સર વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કર્યા હતા.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યુસરના આ વ્યવહારિક ઉપયોગથી પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સોનારના વિકાસમાં પરિણમ્યું. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું. ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટ્સ પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાંસડ્યુસર અને ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સ ઉત્સર્જન કર્યા પછી પાછો આવેલો પડઘો શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થતો હતો. ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તેનું માપન કરીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. તેઓએ આ સોનારને સફળ બનાવવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કર્યો અને આ પ્રોજેક્ટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ ઉભો કર્યો.
રેને હૈ અને એન્ટોઈન સેઝર બેકરેલ
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ એક ઈલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઘટના છે જે ત્યારે થાય છે જ્યારે અમુક નક્કર પદાર્થો, જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થો, લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકઠા કરે છે. Piezoelectricity ગ્રીક શબ્દ 'piezein' પરથી ઉતરી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે 'સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું', અને 'ઇલેક્ટ્રૉન', જેનો અર્થ થાય છે 'અંબર', જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત અવસ્થાઓ વચ્ચેની રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાથી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર પરિણમે છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર અથવા લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પરિણામે યાંત્રિક તાણની આંતરિક ઉત્પત્તિ દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, જેના પરિણામે વિપરિત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર થાય છે અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોનું ઉત્પાદન થાય છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીએ 1880 માં પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની શોધ કરી હતી. આ અસરનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. જેમ કે માઇક્રોબેલેન્સ, ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ અને અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલી. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર પણ બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટીનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટાર માટેના પિકઅપમાં અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ માટે ટ્રિગર્સમાં પણ થાય છે.
18મી સદીના મધ્યમાં કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો સૌપ્રથમ અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવતા રેને હાઉ અને એન્ટોઇન સેઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર ધ્યાન દોરવામાં આવ્યું હતું. જો કે, પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા. પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીના જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓની સમજ સાથે મળીને, આનાથી પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહી અને સ્ફટિક વર્તણૂકની આગાહી કરવાની ક્ષમતામાં વધારો થયો. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સોડિયમ પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરે છે, અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ પેદા કરવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો. સ્કોટલેન્ડના મ્યુઝિયમ ખાતે ક્યુરીઝના પ્રદર્શનમાં આ અસરને ખૂબ જ અતિશયોક્તિભરી કરવામાં આવી હતી, જેણે સીધી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવી હતી.
પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓ પીઝોઈલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઈલેક્ટ્રો-ઈલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવવા માટે આગળ વધ્યા. પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં તે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન બની ન જાય ત્યાં સુધી દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. આ કાર્યમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવતી સ્ફટિક રચનાઓની શોધ અને વ્યાખ્યા કરવામાં આવી હતી, જે વોલ્ડેમાર વોઈગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ભૌતિકશાસ્ત્રની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું હતું.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને કન્વર્સ ઇફેક્ટના મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોને ગાણિતિક રીતે અનુમાનિત કરવા આગળ વધ્યા. 1881 માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા આ કરવામાં આવ્યું હતું. પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સોનાર વિકસાવવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું. આ ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટ્સ પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થતો હતો, અને પરત આવેલા પડઘોને શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થતો હતો. ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કરીને અને ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તેનું માપન કરીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરી શકે છે.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી બેલ ટેલિફોન લેબોરેટરીઝ દ્વારા પીઝોઇલેક્ટ્રિક ક્રિસ્ટલનો ઉપયોગ વધુ વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. રેડિયો ટેલિફોની એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં કામ કરતા ફ્રેડરિક આર. લેકે એક કટ ક્રિસ્ટલ વિકસાવ્યું જે તાપમાનની વિશાળ શ્રેણી પર કામ કરી શકે. લૅક્સ ક્રિસ્ટલને અગાઉના સ્ફટિકોની ભારે એક્સેસરીઝની જરૂર ન હતી, જેનાથી એરક્રાફ્ટમાં તેનો ઉપયોગ થતો હતો. આ વિકાસથી સાથી હવાઈ દળોને ઉડ્ડયન રેડિયોનો ઉપયોગ કરીને સંકલિત સામૂહિક હુમલામાં સામેલ થવાની મંજૂરી મળી. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણો અને સામગ્રીના વિકાસે કંપનીઓને ક્ષેત્રમાં યુદ્ધ સમયની શરૂઆતના વિકાસમાં રોકી રાખી હતી, અને વિકસિત નવી સામગ્રી માટે નફાકારક પેટન્ટ મેળવવામાં રસ હતો. ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોનો વ્યવસાયિક રીતે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, અને વૈજ્ઞાનિકોએ ઉચ્ચ પ્રદર્શન સામગ્રીની શોધ કરી હતી. સામગ્રીમાં પ્રગતિ અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓની પરિપક્વતા હોવા છતાં, યુ.એસ
ગેબ્રિયલ લિપમેન
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ એક ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઘટના છે જેમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ચોક્કસ નક્કર પદાર્થો, જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. તે વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા ધરાવતી સામગ્રીમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું પરિણામ છે. 1880 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરી દ્વારા પ્રથમ વખત પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ કરવામાં આવી હતી.
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન સામેલ છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ ગ્રીક શબ્દો πιέζειν (piezein) પરથી ઉતરી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું" અને ἤλεκτρον (ēlektron) જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત.
પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર ઉલટાવી શકાય તેવું છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રી પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જેમાં વિદ્યુત ક્ષેત્રના ઉપયોગથી યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી પરિણમે છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, આ પ્રક્રિયાને ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો બનાવવા માટે થઈ શકે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો અભ્યાસ 18મી સદીના મધ્યભાગથી કરવામાં આવે છે, જ્યારે કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ, રેને હાઉ અને એન્ટોઇન સીઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરતા, યાંત્રિક તાણ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે. જો કે, પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા. જ્યાં સુધી પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીના સંયુક્ત જ્ઞાન અને અંતર્ગત સ્ફટિક રચનાઓની સમજણએ પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટીની આગાહીને જન્મ આપ્યો ન હતો ત્યાં સુધી સંશોધકો સ્ફટિકના વર્તનની આગાહી કરવામાં સક્ષમ હતા. આ ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું હતું.
ગેબ્રિયલ લિપ્પમેને, 1881માં, કન્વર્સ પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસરના મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોને ગાણિતિક રીતે અનુમાનિત કર્યા. ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો.
પિયર અને મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં મહત્વપૂર્ણ સાધન ન બને ત્યાં સુધી દાયકાઓ સુધી, પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી પ્રયોગશાળાની જિજ્ઞાસા રહી. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટીનું પ્રદર્શન કરતા ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સનું અન્વેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટેનું તેમનું કાર્ય વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું. આ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી સ્ફટિક વર્ગોનું વર્ણન કરે છે અને ટેન્સર વિશ્લેષણ સાથે પીઝોઈલેક્ટ્રીક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારુ ઉપયોગ પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સોનારના વિકાસ સાથે શરૂ થયો હતો. પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું હતું. આ ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટ્સ પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થતો હતો, અને પરત આવેલા પડઘોને શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થતો હતો. ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કરીને અને ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તે માપીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. સોનાર માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો આ ઉપયોગ સફળ રહ્યો, અને આ પ્રોજેક્ટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઉપકરણોમાં વિકાસની તીવ્ર રુચિ ઉભી કરી. દાયકાઓથી, નવી પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ અને આ સામગ્રીઓ માટે નવી એપ્લિકેશનોની શોધ અને વિકાસ કરવામાં આવ્યો. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોને સિરામિક ફોનોગ્રાફ કારતુસથી માંડીને પ્લેયર ડિઝાઇનને સરળ બનાવતા અને સસ્તા, સચોટ રેકોર્ડ પ્લેયર્સ જાળવવા માટે સસ્તા અને બિલ્ડ કરવા માટે સરળ બનાવતા, અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસરના વિકાસ સુધી વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઘરો મળ્યાં છે જે પ્રવાહીની સ્નિગ્ધતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાને સરળતાથી માપવા માટે પરવાનગી આપે છે. અને ઘન પદાર્થો, જેના પરિણામે સામગ્રી સંશોધનમાં મોટી પ્રગતિ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ટાઈમ ડોમેન રિફ્લેક્ટોમીટર સામગ્રીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ મોકલે છે અને કાસ્ટ મેટલ અને સ્ટોન ઓબ્જેક્ટની અંદર ખામીઓ શોધવા માટે પ્રતિબિંબ અને અસંતુલનને માપે છે, માળખાકીય સલામતીમાં સુધારો કરે છે.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, રશિયા અને જાપાનમાં સ્વતંત્ર સંશોધન જૂથોએ ફેરોઇલેક્ટ્રિક્સ નામની કૃત્રિમ સામગ્રીના નવા વર્ગની શોધ કરી જે કુદરતી સામગ્રી કરતાં દસ ગણા વધારે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકો દર્શાવે છે. આનાથી બેરિયમ ટાઇટેનેટ, અને બાદમાં લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ, ચોક્કસ એપ્લિકેશનો માટે વિશિષ્ટ ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રી વિકસાવવા માટે સઘન સંશોધન થયું. પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોના ઉપયોગનું નોંધપાત્ર ઉદાહરણ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું
વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટ
પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી એ એક ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઘટના છે જેમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ચોક્કસ નક્કર પદાર્થો, જેમ કે સ્ફટિકો, સિરામિક્સ અને હાડકા અને ડીએનએ જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં એકઠા થાય છે. આ ચાર્જ લાગુ યાંત્રિક તાણના પ્રતિભાવમાં પેદા થાય છે. પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી શબ્દ ગ્રીક શબ્દ "પીઝીન" પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે "સ્ક્વિઝ અથવા દબાવવું", અને "ઈલેક્ટ્રોન", જેનો અર્થ થાય છે "એમ્બર", જે ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનો પ્રાચીન સ્ત્રોત છે.
પિઝોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા સાથે સ્ફટિકીય પદાર્થોની યાંત્રિક અને વિદ્યુત સ્થિતિઓ વચ્ચેના રેખીય ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પરિણમે છે. આ અસર ઉલટાવી શકાય તેવી છે, એટલે કે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી પ્રદર્શિત કરતી સામગ્રીઓ પણ વિપરીત પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર દર્શાવે છે, જ્યાં યાંત્રિક તાણની આંતરિક પેઢી લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રથી પરિણમે છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ ઝિર્કોનેટ ટાઇટેનેટ સ્ફટિકો માપી શકાય તેવી પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી પેદા કરે છે જ્યારે તેમની સ્થિર રચના તેના મૂળ પરિમાણથી વિકૃત થાય છે. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્ફટિકો તેમના સ્થિર પરિમાણને બદલી શકે છે, એક ઘટના જે ઇન્વર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર તરીકે ઓળખાય છે, જેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પિયર અને જેક્સ ક્યુરીએ 1880માં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીની શોધ કરી હતી. ત્યારથી પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસરનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપયોગી કાર્યક્રમો માટે કરવામાં આવે છે, જેમાં ધ્વનિનું ઉત્પાદન અને શોધ, પીઝોઈલેક્ટ્રીક ઈંકજેટ પ્રિન્ટીંગ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વીજળીનું ઉત્પાદન, ઘડિયાળ જનરેટર અને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. જેમ કે ઓપ્ટિકલ એસેમ્બલીના અલ્ટ્રાફાઇન ફોકસિંગ માટે માઇક્રોબેલેન્સ અને ડ્રાઇવ અલ્ટ્રાસોનિક નોઝલ. તે સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો આધાર પણ બનાવે છે, જે અણુઓના સ્કેલ પર છબીઓને ઉકેલી શકે છે. વધુમાં, ઈલેક્ટ્રોનિકલી એમ્પ્લીફાઈડ ગિટારમાં પિકઅપ અને આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક ડ્રમ્સમાં ટ્રિગર્સ પીઝોઈલેક્ટ્રિક ઈફેક્ટનો ઉપયોગ કરે છે.
પીઝોઇલેક્ટ્રીસિટી રસોઈ અને ગરમીના ઉપકરણો, ટોર્ચ, સિગારેટ લાઇટર અને વધુમાં ગેસ સળગાવવા માટે સ્પાર્ક પેદા કરવા માટે રોજિંદા ઉપયોગો પણ શોધે છે. પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસર, જ્યાં સામગ્રી તાપમાનના ફેરફારના પ્રતિભાવમાં ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરે છે, તેનો અભ્યાસ કાર્લ લિનીયસ અને ફ્રાન્ઝ એપિનસ દ્વારા 18મી સદીના મધ્યમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં રેને હાઉ અને એન્ટોઇન સેઝર બેકરેલના જ્ઞાન પર દોરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે યાંત્રિક વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવ્યો હતો. તણાવ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ. આ સંબંધને સાબિત કરવાના પ્રયોગો અનિર્ણિત સાબિત થયા.
સ્કોટલેન્ડના હનટેરિયન મ્યુઝિયમમાં ક્યુરી કમ્પેન્સટરમાં પીઝો ક્રિસ્ટલનું દૃશ્ય પિયર અને જેક્સ ક્યુરી ભાઈઓ દ્વારા સીધી પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરનું નિદર્શન છે. અન્ડરલાઇંગ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની સમજ સાથે પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટી વિશેના તેમના જ્ઞાનને જોડીને પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટીની આગાહીને જન્મ આપ્યો, જેણે તેમને સ્ફટિકની વર્તણૂકની આગાહી કરવાની મંજૂરી આપી જે તેમણે ટૂરમાલાઇન, ક્વાર્ટઝ, પોખરાજ, શેરડીની ખાંડ અને રોશેલ મીઠું જેવા સ્ફટિકોની અસરમાં દર્શાવી હતી. . સોડિયમ અને પોટેશિયમ ટર્ટ્રેટ ટેટ્રાહાઇડ્રેટ અને ક્વાર્ટઝ પણ પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી દર્શાવે છે અને જ્યારે વિકૃત થાય ત્યારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીક ડિસ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો. ક્યુરીઝના પ્રદર્શનમાં આકારમાં આ ફેરફારને ખૂબ જ અતિશયોક્તિભરી કરવામાં આવી હતી, અને તેઓ કન્વર્ઝ પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરની આગાહી કરતા ગયા. 1881 માં ગેબ્રિયલ લિપમેન દ્વારા મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોમાંથી વિપરીત અસર ગાણિતિક રીતે કાઢવામાં આવી હતી.
ક્યુરીઝે તરત જ કન્વર્સ ઇફેક્ટના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી, અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રો-ઇલાસ્ટો-મિકેનિકલ વિકૃતિઓની સંપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવો જથ્થાત્મક પુરાવો મેળવ્યો. ત્યારપછીના દાયકાઓમાં, પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એક પ્રયોગશાળા જિજ્ઞાસા રહી, જ્યાં સુધી તે પિયર મેરી ક્યુરી દ્વારા પોલોનિયમ અને રેડિયમની શોધમાં એક મહત્વપૂર્ણ સાધન બની ગયું, જેમણે તેનો ઉપયોગ પીઝોઈલેક્ટ્રીસિટી દર્શાવતી સ્ફટિક રચનાઓની શોધ અને વ્યાખ્યા કરવા માટે કર્યો. આ વોલ્ડેમાર વોઇગ્ટના લેહરબુચ ડેર ક્રિસ્ટલફિઝિક (ક્રિસ્ટલ ફિઝિક્સની પાઠ્યપુસ્તક) ના પ્રકાશનમાં પરિણમ્યું, જેમાં પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી માટે સક્ષમ કુદરતી ક્રિસ્ટલ વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું અને ટેન્સર વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકોને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કર્યા હતા.
આનાથી સોનાર જેવા પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનો વ્યવહારિક ઉપયોગ થયો, જે પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. ફ્રાન્સમાં, પોલ લેંગેવિન અને તેના સહકાર્યકરોએ અલ્ટ્રાસોનિક સબમરીન ડિટેક્ટર વિકસાવ્યું. આ ડિટેક્ટરમાં સ્ટીલ પ્લેટો પર કાળજીપૂર્વક ગુંદર ધરાવતા પાતળા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકોથી બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસરનો સમાવેશ થાય છે, અને ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી ઉચ્ચ આવર્તન પલ્સનું ઉત્સર્જન કર્યા પછી પાછો ફરતો પડઘો શોધવા માટે હાઇડ્રોફોનનો સમાવેશ થાય છે. ઑબ્જેક્ટ પરથી ઉછળતા ધ્વનિ તરંગોનો પડઘો સાંભળવામાં જે સમય લાગે છે તે માપીને, તેઓ ઑબ્જેક્ટના અંતરની ગણતરી કરી શકે છે. તેઓએ આ સોનારને સફળ બનાવવા માટે પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીનો ઉપયોગ કર્યો અને આ પ્રોજેક્ટમાં તીવ્ર વિકાસ અને રસ પેદા થયો.
મહત્વપૂર્ણ સંબંધો
- પીઝોઇલેક્ટ્રિક એક્ટ્યુએટર્સ: પીઝોઇલેક્ટ્રિક એક્ટ્યુએટર્સ એવા ઉપકરણો છે જે વિદ્યુત ઊર્જાને યાંત્રિક ગતિમાં રૂપાંતરિત કરે છે. તેઓ સામાન્ય રીતે રોબોટિક્સ, તબીબી ઉપકરણો અને અન્ય એપ્લિકેશન્સમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે જ્યાં ચોક્કસ ગતિ નિયંત્રણ જરૂરી છે.
- પીઝોઇલેક્ટ્રિક સેન્સર્સ: પીઝોઇલેક્ટ્રિક સેન્સરનો ઉપયોગ દબાણ, પ્રવેગક અને વાઇબ્રેશન જેવા ભૌતિક પરિમાણોને માપવા માટે થાય છે. તેઓ ઘણીવાર ઔદ્યોગિક અને તબીબી એપ્લિકેશનો તેમજ ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
- પ્રકૃતિમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી: પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ અમુક પદાર્થોમાં કુદરતી રીતે બનતી ઘટના છે અને તે ઘણા જીવંત જીવોમાં જોવા મળે છે. તેનો ઉપયોગ કેટલાક જીવો દ્વારા તેમના પર્યાવરણને સમજવા અને અન્ય જીવો સાથે વાતચીત કરવા માટે થાય છે.
ઉપસંહાર
પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટી એ એક અદ્ભુત ઘટના છે જેનો ઉપયોગ સોનારથી લઈને ફોનોગ્રાફ કારતુસ સુધીના વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે. 1800 ના દાયકાના મધ્યભાગથી તેનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, અને આધુનિક તકનીકના વિકાસમાં તેનો ઉપયોગ ખૂબ અસરકારક રીતે કરવામાં આવ્યો છે. આ બ્લોગ પોસ્ટમાં પીઝોઈલેક્ટ્રીસીટીના ઈતિહાસ અને ઉપયોગોની શોધ કરવામાં આવી છે અને આધુનિક ટેકનોલોજીના વિકાસમાં આ ઘટનાના મહત્વ પર પ્રકાશ પાડવામાં આવ્યો છે. પીઝોઇલેક્ટ્રીસીટી વિશે વધુ જાણવામાં રસ ધરાવતા લોકો માટે, આ પોસ્ટ એક ઉત્તમ પ્રારંભિક બિંદુ છે.
હું Joost Nusselder, Neaera ના સ્થાપક અને કન્ટેન્ટ માર્કેટર, પિતા છું અને મારા જુસ્સાના કેન્દ્રમાં ગિટાર સાથે નવા સાધનો અજમાવવાનું પસંદ કરું છું અને મારી ટીમ સાથે મળીને, હું 2020 થી ઊંડાણપૂર્વકના બ્લોગ લેખો બનાવી રહ્યો છું. રેકોર્ડિંગ અને ગિટાર ટિપ્સ સાથે વફાદાર વાચકોને મદદ કરવા.
